Keys to the Virtual Kingdom


§ Intelligent encryption of sensitive data that executes off processor saving costs


Download 242.43 Kb.
Pdf ko'rish
bet2/3
Sana11.12.2017
Hajmi242.43 Kb.
#21999
1   2   3
§

Intelligent encryption of sensitive data that executes off processor saving costs

§

PIN transactions, EMV transactions for integrated circuit based payment cards (chip & pin), and general-



purpose cryptographic applications using symmetric key, hashing, and public key algorithms, VISA format 

preserving encryption (FPE), and simplification of cryptographic key management.



#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

22

Setting Personality for a Crypto Express Feature

§

Hardware configuration for the feature is done on the Support Element



Step 1: Make sure CPACF is enabled.

– Step 2: Select feature, then choose personality type

#vmworkshop   #IBMz   #zVM


© 2017 IBM Corporation

23

Setting Personality for a Crypto Express Feature

§

Validate option selection



§

May zeroize existing keys in the process (destroy any residual secrets)



#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

24

Activating a Crypto Express Feature

§

Hardware activation is done from the Support Element



§

Select pertinent feature, "Configure On/Off"



#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

25

Attaching a Crypto Express Domain to an LPAR

§

LPAR assignation is done from 



the HMC (building an activation 

profile)


– Candidate list: domains on this AP 

which are 

eligible to be accessed 

by this partition

– Online List: processors automatically 

brought online at LPAR startup.

– Usage Domain: bundles domains 

together inside a common cryptographic 

boundary

– Control Domain: identifies domain index 

pertinent to TKE control of the LPAR. 

Must also contain Usage Domain.

§

z/VM will only detect those cards



and domains assigned to the 

LPAR


#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

26

Getting Keys into z Systems

§

Trusted Key Entry (TKE) Workstation – an optional priced feature which 

communicates directly with the Crypto Express features over a secure TCP/IP 

connection.

– Functions as a separate physical device to the side of your z System

– Card reader for crypto secret storage

– Generates new secrets, stores data in Crypto Express domains

Required for EP11 Crypto Express features! 



§

z/OS Integrated Cryptographic Services Facility (ICSF) – a base component which 

allows interaction with Crypto Express features.  (Requires MVS.)

§

Panel and Catcher Utilities for Linux – Panel is a Linux package installed as part of the 

IBM .rpms which allows for key management function. Catcher is the Linux daemon for 

communicating with TKE.

– /opt/IBM/CEX5C/bin/panel.exe

§

IBM Enterprise Key Management Foundation (EKMF) – an IBM Lab Services offering for 

flexible and secure key management services.

– See also Advanced Crypto Service Provider

http://www-05.ibm.com/dk/security/cccc/products/acsp.html



#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

27

Three different types of 



key protection

in the IBM Crypto hardware:

§

Clear keys

:

– The security of keys is provided by operating procedures. 

– This means keys may appear in the clear in the environment somewhere

§

Secure keys: (FIPS 140-2 Level 4 certified)

– Secure keys are protected by another key (the 

master key) stored in hardware

– When a secure key must leave the hardware, the key is 

encrypted under the master key … so the value of the 

secure key is never exposed to the operating system

§

Protected keys (CCA only): 

– Protected keys are encrypted under a Wrapping Key uniquely created for each LPAR

– Cryptographic operations using protected keys can benefit from CPACF performance



Securing the Keys Once They're Installed 

#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

28

z/VM Configuration for 



z Systems Cryptography

CPACF


CEX5A

CEX5C


#vmworkshop   #IBMz   #zVM

USER DIRECT

z/VM Crypto 

Virtualization

© 2017 IBM Corporation

29

z/VM Virtualization of Hardware Cryptography 



(stack view)

§

Once domains are added to an LPAR running z/VM, they become available for 



guest use

#vmworkshop   #IBMz   #zVM

CPACF


CEX5A

CEX5C


z/VM CP

(Control Program)

Hardware

Features

USER DIRECT

z/VM Crypto 

Virtualization

© 2017 IBM Corporation

30

z/VM Virtualization of Hardware Cryptography 



(z/VM’s view)

LPAR 1


z/VM

. . .


n

. . .


0

n

1



1

CEX5S 0

CEX5C 1

0

#vmworkshop   #IBMz   #zVM



© 2017 IBM Corporation

31

z/VM Virtualization of Hardware Cryptography

The CRYPTO User Directory statement grants a z/VM userid access to cryptographic 

features associated with the hardware:



v----------+               v--------+

CRYPto -+- DOMAIN ---+-domains -+- APDEDicated -+- aps --+---><

|                                                |

+- APVIRTual-------------------------------------^

APDED

Dedicates a particular AP domain (or set of domains) to this virtual machine. 

Domains granted in the directory are “reserved for dedication”; they are not actually in-

use until the virtual machine logs on.



APVIRT

Virtual machine can access a collection of domains controlled by the system.



#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

32

Support for Crypto Express5S

§

z/VM 6.2 and z/VM 6.3 only



– z13 GA 1 – APAR VM65577

– z13 GA 2 and z13s GA 1 – apply GA 1 service, then APAR VM65716

§

Expanded domain selection for dedicated domains



– z/VM supports architected limits for CryptoExpress domains

– CEX5S on z13 supports 

85

domains per feature, maximum of 



16

features


– Z13s supports 

40

domains per feature



§

APDED really does mean dedicated; no collision is permitted

– In a race, the first guest to LOGON has all requests fulfilled

– Collisions void the latter guest's domain claims for an entire AP 



CEX5C 0

. . .


0

n

CEX5



A

1

1

. . .



#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

33

Assigning AP Domains to z/VM Guests



CEX5S 0

CEX5C 1

LPAR 1


z/VM

ZVSE01


LINUX04

MVSUSR01


APDED

APDED


APDED

CRYPTO DOMAIN N APDED 0

CRYPTO DOMAIN 1 APDED 0 1

CRYPTO DOMAIN N APDED 1

. . .


0

n

. . .



0

n

1



MK

MK

#vmworkshop   #IBMz   #zVM

1

MK


© 2017 IBM Corporation

34

Assigning AP Domains to z/VM Guests

. . .

0

n



CEX5S 0

. . .


0

n

CEX5



A

1

1

1



LPAR 1

z/VM

LINUX02


LINUX04

MVSUSR01


APDED

CRYPTO DOMAIN N APDED 0

CRYPTO APVIRT

CRYPTO APVIRT

APVIRT


MK

#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

35

Notes on APVIRT Domain Selection

§

Any domain in APVIRT will behave as an accelerator (clear-key RSA)



– Whether it is or not it is configured as one or not

– CP will discard coprocessor operations sent to an APVIRT domain

– This is done for security context reasons (and why APVIRT is meant for clear-key)

§

APVIRT domains are selected by mode and release level



– Default behavior if nothing specified in System Configuration file (see next slide)

– Accelerator is chosen before coprocessor

– CEX5S is chosen before CEX4S before CEX3 …

§

EP11 domains cannot be used for APVIRT



. . .

0

n



CEX5S 0

. . .


0

n

CEX5



A

1

1

1



MK

#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

36

§



z/VM supports a new 

System Configuration statement 

for z/VM V6 which allows 

a system administrator to 

assign APVIRT domains 

for use by CP:

§

Usage Notes:



– z/VM will designate the first available domain in its list as the type

– Any other available domains in SYSTEM CONFIG that are 

also of that type

are designated for APVIRT usage

– Domains that do not meet criteria are ignored.

§

If this statement is not present in the System Configuration file, z/VM will 



use default APVIRT domain selection behavior

CRYPTO APVIRT AP 1 DOMAIN 0 1

CRYPTO APVIRT AP 0 DOMAIN 22

Assigning Domains to APVIRT

(z/VM V6 APAR VM65577, or in V6.4 Base)

#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

37

§



Given the following System Configuration:

… z/VM V6 will check domains in the following order:

§

If AP 1 DOMAIN 7 is available at system initialization, it will be APVIRT.



– APVIRT must use type CEX5A

– Only AP 1 DOMAIN 8, with a matching type, is set as APVIRT

– If a guest lists AP 1 DOMAIN 7 as APDED, the guest will be denied access

AP 1 DOMAIN 7

/* CEX5A */

AP 1 DOMAIN 8

/* CEX5A */

AP 2 DOMAIN 7

/* CEX4A */

AP 2 DOMAIN 8

/* CEX4A */

AP 4 DOMAIN 9

/* CEX5C */

CRYPTO APVIRT 1 2 DOMAIN 7 8

CRYPTO APVIRT 4 DOMAIN 9

Assigning Domains to APVIRT

(z/VM V6 APAR VM65577, or in V6.4 Base)

#vmworkshop   #IBMz   #zVM


© 2017 IBM Corporation

38

§



System Configuration:  CRYPTO APVIRT  AP 1-2 DOMAIN 15-16

§

Guest A:  CRYPTO DOMAIN 13-18 APDED 0-3

/* Conflicts on AP 1-2; no domains granted on AP 1 or 2. */

§

Guest B:  CRYPTO DOMAIN 11-14 APDED 0

/* Conflict at Domain 14. No Domains granted on this AP. */

§

Guest C:  CRYPTO DOMAIN 2 APDED 0-3

/* No conflicts. */

§ Reverse the logon order of 

Guest A

and


Guest B

... 


Example: Assigning Domains for z/VM

#vmworkshop   #IBMz   #zVM

AP 0

AP 1

AP 2

AP 3

00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23



© 2017 IBM Corporation

39

z/VM Virtualization of Hardware Cryptography



QUERY CRYPTO

(Class A, B, C, or E) will display which domains/APs are available.  Note that 

this list will be limited to devices available to a z/VM instance.

>>-Query--CRYPto--+--------------------+------------------->< 

'-DOMains--+-------+-' 

'-Users-' 

. . .


0

n

. . .



0

n

1



1

MK

CEX5S 0



CEX5

A

1

#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

40

z/VM Virtualization of Hardware Cryptography



01: AP 02 CEX3C  Domain 08 available    free                  unspecified

01: AP 03 CEX3A  Domain 06 available    dedicated to BWHUGEN  dedication 

01: AP 03 CEX3A  Domain 07 available    free                  unspecified

01: AP 03 CEX3A  Domain 08 available    shared

shared

01: AP 04 CEX4C  Domain 06 available    free                  dedication 

01: AP 04 CEX4C  Domain 07 available    free                  dedication 

01: AP 04 CEX4C  Domain 08 available    free                  unspecified

Ready; 

QUERY CRYPTO DOMAINS USERS

AP device Domain nn device status

system usage

planned usage



#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

41

z/VM Virtualization of Hardware Cryptography



AP 03 CEX3A Domain 06 dedicated 

Ready; 

QUERY VIRTUAL CRYPTO

QUERY VIRTUAL CRYPTO 

(Class G) will display virtual crypto facilities 

for your guest.

Keyword “virtual” required for Guests with A, B, C, or E privileges

.

,--Virtual---,  

>>-Query--+------------+--CRYPto----><

#vmworkshop   #IBMz   #zVM


© 2017 IBM Corporation

42

Assigning AP Domains to z/VM Guests

§

The Big Question:  Which type of domain do I want to assign to my guest?

§

It depends:

– Do you need secure key operations?  (

APDED


)

– Does your security policy require physical isolation? (

APDED

)

– Do your guests need to exploit EP11 mode?  (



APDED

only)

– Do you need to relocate your guest?  (

APVIRT

*)

– Can you share your domains without impact to security or performance?  (



APVIRT

)

– Are you running out of domains attached to the LPAR?



– Are your guests similar, cloned, or tied to HA solutions?

– Does your guest operating system have particular restrictions?

§

Different guests will have different needs, based upon their drivers and configuration 



requirements …

*

Note: some restrictions apply. Consult the CP Planning and Administration Guide or Getting Started With 



Linux manuals.

#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

43

Sample: LinuxONE Developer Cloud

§

Crypto operations: SSH (RSA, SHA-2, AES), and whatever stuff you write inside the guests

§

Environmental Requirements: Relocatable (it's a cloud)

§

Recommended Hardware:

– CPACF


– Crypto Express CCA Accelerator

• Assign 1 domain from 2-3 different features (hardware failover, performance)



z/VM 6.4

RHEL


RHEL

SUSE


Crypto Express

CPACF


PR/SM (one z System Logical Partition)

z13

Ubuntu


APVIRT

Ubuntu


Your

Cloud

Controller

#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

44

Sample: Linux on z Blockchain (not HSBN)

§

Crypto operations: A lot. It's a Blockchain

§

Environmental Requirements: Protection of key material. (It's a Blockchain.)

§

Recommended Hardware:

– CPACF (required for secure and protected key ops on the crypto adapters)

– Crypto Express CCA Coprocessors

• One domain per guest participating in the Hyperledger fabric



z/VM 6.4

RHEL


RHEL

SUSE


Crypto Express

CPACF


PR/SM (one z System Logical Partition)

z13

Ubuntu


APDED

Ubuntu


#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

45

Guest Usage 



of the z Systems 

Cryptographic Features

#vmworkshop   #IBMz   #zVM

Crypto Libraries

Guest Config

© 2017 IBM Corporation

46

z/VM Virtualization of Hardware Cryptography

§

Cryptographic libraries will vary from operating system to operating system



§

Some may require specific configuration to make use of certain features

§

Consult pertinent local documentation



#vmworkshop   #IBMz   #zVM

Guest 

Operating System

Crypto Libraries

Guest Config

© 2017 IBM Corporation

47

z/VSE Cryptographic Infrastructure

§

z/VSE automatically detects any Crypto Express features dedicated to (or shared 



with) the virtual machine in which it's running

#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

48

CMS Guests Running on z/VM

§

CMS guests can utilize CPACF if enabled



– Need to issue appropriate machine instructions

– Some features (Pipelines, TLS/SSL Server) use these automatically

§

The CMS environment does not have Crypto Express libraries



– Different instructions / communication paths than CPACF

– Nothing available yet for general system programmer use



#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

49

z/VM 6.4



Crypto Express

CPACF


PR/SM (one z System Logical Partition)

TCPIP

Network


APVIRT

APDED


Crypto APVIRT for the z/VM TLS/SSL Server

PTFs for APAR PI72106

§

If Crypto Express domains are defined for sharing, then TLS/SSL Server will use them



– Clear-key RSA operations are the primary beneficiary

• Handshaking, rather than data transfer –



benefit will come from a lot of connections

• Will still use CPACF when pertinent

– Meant as a performance enabler, not to replace key storage (still need .kdb or .p12 in BFS)

§

Also works for your LDAP/VM Server!



SSL00001

SSL00001

SSL00001

System 


SSL

MAINT

By

BWHUGEN

#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

50

Crypto APVIRT for the z/VM TLS/SSL Server



PTFs for APAR PI72106

§

Add CRYPTO APVIRT to your SSL server's PROFILE entry



– TCPSSLU

- the default PROFILE entry for the TLS/SSL Server

– APDED not allowed for a POOL of userids

§

Insert directly into VM definition for:



– LDAPSRV

- uses its own System SSL calls

– GSKADMIN - for certificate creation / management

– A stand-alone TLS/SSL server (non-POOL)



PROFILE TCPSSL10 

CRYPTO APVIRTUAL   

IPL CMS PARM FILEPOOL VMSYS                    

IUCV ALLOW                                       

LOGONBY GSKADMIN TCPMNT10 BWHUGEN       

NAMESAVE TCPIP10                                 

OPTION ACCT MAXCONN 1024 QUICKDSP

POSIXINFO UID 7 GNAME security                   

SHARE RELATIVE 3000                              

CONSOLE 0009 3215 T 

[...]

#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

51

z/OS Cryptographic Infrastructure



#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

52

CPACF



(DES, 3DES, AES, SHA,PRNG)

Accelerator

(RSA)

CCA Co-


Processor

(RSA, RNG, ECC)

Kernel 

Kernel crypto 



framework

zcrypt device driver

ICA (libica)

CCA (libcsulcaa)

System z backend

Crypto Adapters 

openssl / libcrypto

openCryptoki

(PKCS#11)

ibmca 


engine

ica token

cca 

token


openssh

(ssh, scp,

sftp)

Apache


(mod_ssl)

GSKIT


IBM

C/C++ 


SW.

WAS


Apache

(mod_nss)

NSS

Customer


CCA SW

Application

Layer

Standard


Crypto 

Interfaces

System z

HW Crypto

Libraries

Operating

System

Hardware


JCA/JCE

IBMPKCS11Impl

Customer

C/C++


SW using 

PKCS#11


clear key

protected key

secure key

CPU


IPsec

dmcrypt


ICC

Customer


Java/JCE

SW

EP11 library



ep11 token

icsf token

EP11 Co-

Processor

z/OS

crypto


server

via


network

Linux on z Systems Crypto Infrastructure

#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

53

Linux Kernel and Cryptography

§

The Linux kernel provides a set of cryptographic functions

– Generic, platform-independent implementations of cryptographic algorithms

– Support for platform-optimized algorithms that are automatically used if 

available

§

The Linux on z Systems kernel includes support for

– Exploiting CPACF to optimize and accelerate symmetric cryptographic 

functions

– Managing Crypto Express cards with the zcrypt device driver

§

Which applications can benefit from accelerated in-kernel 

cryptographic functions?

– IPsec and ssh

(from the beginning of the presentation, remember?)

– Linux device-mappers – for example, dm-crypt or eCryptFS



#vmworkshop   #IBMz   #zVM

© 2017 IBM Corporation

54

Application

dm-crypt

File Systems Encryption (dm-crypt)

§

dm-crypt

(transparent disk encryption subsystem)

– Inserts layer of crypto between block device & accessing 

file systems or apps

– Positioned between file system and device mapper

§

Administration done through 



cryptsetup

– Uses LUKS (Linux Unified Key Setup)

– Choose cipher/hashing algorithms 

from /proc/crypto/procfs

– HW crypto (AES-CBC, XTS-AES)

§

Can also set up encrypted filesystems during init



– /etc/crypttab (referenced before /etc/fstab )

– Bear in mind, though, interactive password prompts 

will still wait for you

disk

Linux kernel

SAN

#vmworkshop   #IBMz   #zVM


© 2017 IBM Corporation

55

Linux Support for Crypto Express5S



Today: Toleration Support

§

Linux kernel recognizes CEX5S adapter and treats it as CEX4S adapter




Download 242.43 Kb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   2   3




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling